环球实时：【创作培育计划】如何制服“暴脾气”的锂电池？

2023-01-21 18:08:44 来源：科普中国

锂电池可以说是现代文明的一大工程，数数身边有多少带锂电池的东西，就能够对此有更深刻的理解了。可是另一面，当锂电池放飞自我不受控制的时候，它立马就变成魔鬼了。燃烧，爆炸，毒气简直是怎么恐怖怎么来。我们时不时总会听到一些关于锂电池引发的事故的新闻，比如原本骑在路上好好的电动车却在下一秒突然就爆燃了起来，把一个将我们载回安全港湾的工具，变成了一件夺人性命的杀人武器。还有电动车在电梯里面的意外爆燃，电动车在充电时引发的意外火灾等等。

(资料图)

所以锂电池怎么就那么爱燃，而我们又怎么能够让他不燃呢？今天我们就来聊聊。

其实锂是一种非常活跃的金属，它活跃到什么程度呢？活跃到跟谁碰到一起都会燃烧，因为它会跟水发生剧烈的反应后生成氢气，而氢气更不是什么省油的灯，本身也是一种暴脾气的燃料。于是一旦发生自燃，等于就是火上浇了油越烧越旺了，直到把自身燃尽了才肯罢休。这就是为什么哪怕在100多年前爱迪生其实就已经发明了锂电池，但还是要等到上个世纪90年代我们才能真正用上它的原因了。因为在此之前人类根本就无法驯服这头猛兽。

后来又是怎么驯服的？其实也没有驯服，是科学家突然反应过来了。你锂金属虽然很厉害，但我可以把你们给分开，把你们变成一个个独立的锂离子，你们还能有这么嚣张吗？果然没有了。

所以我们现在说的锂电池更多时候指的其实是锂离子电池才对。在这种电池里面是没有金属锂的，正极材料通常使用的是含锂的金属化合物，负极材料使用的通常是石墨，两者中间被电解液连着，但是却被隔膜挡着。连和挡都很重要，原因如下：

我们可以把正极和负极都想象成一个专门为锂离子搭建的旅馆。当电池充电的时候，锂离子从正极的旅馆当中去退房穿过电解液来到负极办理入住，但是他并不准备随身携带行李，因为这样不就增加了自己的负担了吗。于是这件行李，其实是被他释放出来的一个电子，就会从外部电路前往负极。

而放电的时候，这个过程正好反过来住在负极的锂离子退房，只身穿过电解液回到正极，他的行李电子只得再从外部电路走一趟，屁颠屁颠的跟着他又回到了起点。

这样的过程就形成了电流，从而帮我们驱动了电机点亮了手机，还让我拍下了这段视频。看起来一片和谐对不对。这些来来回回的锂离子好像拐得很慢，一点威胁都没有。是的。他们没有威胁很大程度是隔膜给挡出来的。

你千万不要小看这种材料，尽管它并不会提升电量，但是却是锂电池的核心。因为这是它在锂电池充放电的过程当中隔绝了正负两极，避免了短路的出现，防止了异常发热的产生，也就阻止了锂离子回归暴力的本性带来燃烧甚至爆炸了。可以说隔膜就是锂电池里面的一道防爆墙。

说到这儿你大概就能猜到那些发生了危险的锂电池绕不开的起因，过热了。

尽管锂电池的设计者已经费尽了心思在提高安全性了，但是如过充，短路，碰撞等来自外部或内部的原因还是可能会造成电池过热后燃烧和爆炸的。比如当过充太多的锂离子从正极来到负极，却安排不上房间时，他们便只能聚集在酒店外面。而这样的聚集或者叫做沉积会引起锂枝晶的不断生长，进而刺破隔膜，造成局部短路，放出大量的热引发危险。还比如短路，这就更直接了，如果使用不当或者私改线路，都是会造成短路后电池异常升温的。又比如碰撞了在外力的作用下将锂电池内部的结构破坏了，尤其是破坏了隔膜的阻隔功能，也会形成短路升温，进而燃烧的。

另外还有一点其实也挺重要，就是使用的正极材料的不同也会影响到电池对高温的耐受程度的。

总的来说在锂的化合物分子式中，锂的含量越高，其发生分解反应说白了就是燃烧所需要的温度就越低。比如三元锂材料在200摄氏度时就会发生分解，而磷酸铁锂则在800摄氏度左右才会分解，相比起来后者要比前者更安全一些。不过很矛盾的是前者锂含的多，所以电池的能量密度就高，用同样的重量人家的续航就是要强很多。可见真的是没有十全十美的东西。

保安全一方面是需要了解以上这些电池的常识，另一方面就是需要加强我们自己的安全使用常识了。

作者：甘戍冬

审核：陶宁

关键词：说白了就是局部短路还有一点